趙 聰 肖 軍 周來水 安魯陵

1南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，南京，2100162南京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，南京，210016

0 引言

先進(jìn)復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)作為復(fù)合材料先進(jìn)結(jié)構(gòu)形式之一，具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、抗損傷能力、高損傷容限以及出色的結(jié)構(gòu)減重效益，在航空航天飛行器級(jí)間段、承力筒中應(yīng)用廣泛[1-3]。隨著先進(jìn)復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬、航空航天器起飛質(zhì)量不斷增大、續(xù)航距離不斷提高，傳統(tǒng)復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)已然無法滿足越發(fā)嚴(yán)苛的性能要求和輕量化要求。進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)件質(zhì)量，提高結(jié)構(gòu)件的承力性能，研發(fā)具有更高承載效率的新一代復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)具有重要理論和工程應(yīng)用意義。

目前，關(guān)于曲線化格柵結(jié)構(gòu)的研究多集中于多種載荷作用下宏觀結(jié)構(gòu)的承載性能預(yù)測及非線性行為方面[4-6]，繼而從理論角度建立起曲線化格柵結(jié)構(gòu)宏觀結(jié)構(gòu)參數(shù)(格柵取向、格柵密度、格柵高度及格柵厚度)和最終結(jié)構(gòu)性能的關(guān)聯(lián)[7-10]。受曲線化格柵幾何特點(diǎn)的約束，結(jié)構(gòu)中通常存在纖維屈曲缺陷。與傳統(tǒng)直線型格柵結(jié)構(gòu)類似，相交的曲線化網(wǎng)格筋同樣會(huì)在交叉節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生材料堆積，引起厚度的變化，導(dǎo)致纖維面外屈曲的產(chǎn)生[11-13]。現(xiàn)有研究表明，纖維屈曲的存在會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料性能顯著下降，且對壓縮性能的影響更為顯著[14-18]。這也是格柵結(jié)構(gòu)在壓縮/壓剪載荷工況作用下，起始損傷和最終失效位置往往集中于格柵交叉節(jié)點(diǎn)區(qū)域的原因[19]。然而，現(xiàn)有通過組合模具工藝結(jié)合纖維纏繞成形工藝，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)直線型復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)的成形工藝[20-22]，無法避免格柵節(jié)點(diǎn)處纖維的堆積。

近年來，快速發(fā)展的自動(dòng)鋪絲成形工藝(automated fibre placement，AFP)可實(shí)現(xiàn)對鋪放材料的夾持、剪斷和重送，理論上可以避免格柵節(jié)點(diǎn)處材料的堆積、減小纖維屈曲程度。加拿大ICCI公司和荷蘭宇航中心已率先開展了自動(dòng)鋪絲成形技術(shù)對復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)的成形適應(yīng)性研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)自動(dòng)鋪絲成形工藝在格柵節(jié)點(diǎn)尺寸控制以及筋條-蒙皮結(jié)合質(zhì)量等方面體現(xiàn)出了其他成形工藝無法比擬的優(yōu)越性[23-25]。

本文基于自動(dòng)鋪絲成形工藝特點(diǎn)，提出復(fù)材格柵筋條節(jié)點(diǎn)處纖維形態(tài)改善方法，驗(yàn)證“剪斷-續(xù)鋪”法引入的非連續(xù)鋪層對節(jié)點(diǎn)纖維形態(tài)改善的可行性。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)常見的服役條件，從簡化試驗(yàn)流程的角度出發(fā)，選取彎曲承載性能，通過試驗(yàn)和仿真手段研究非連續(xù)鋪層對格柵筋條彎曲載荷作用下失效行為的影響，確定格柵結(jié)構(gòu)最優(yōu)非連續(xù)鋪層的含量和分布。

1 復(fù)合材料格柵筋條自動(dòng)鋪絲成形

1.1 原理

如圖1所示，在自動(dòng)鋪絲成形過程中可以對鋪放材料進(jìn)行夾持—剪斷—續(xù)鋪操作。這意味著在進(jìn)行格柵筋條鋪放過程中，可以在節(jié)點(diǎn)前將預(yù)浸絲束剪斷而在節(jié)點(diǎn)后對預(yù)浸絲束進(jìn)行重送，避免節(jié)點(diǎn)處預(yù)浸絲束的重疊，減小纖維面外屈曲尺度，提高筋條力學(xué)性能；另一方面，夾持—剪斷—續(xù)鋪引入的非連續(xù)層，必然引起結(jié)構(gòu)力學(xué)性能下降。

(a) 無剪斷—夾持—續(xù)鋪操作

1.2 試樣制備

選用恒神股份有限公司提供的EM118/A10型預(yù)浸料為原料，纖維體積分?jǐn)?shù)為63%，單層名義厚度為0.15 mm。以南京航空航天大學(xué)自行研制的格柵鋪絲機(jī)為試驗(yàn)平臺(tái)，制備含不同非連續(xù)鋪層比例和分布方式的復(fù)合材料格柵筋條，如圖2所示。為了保證筋條上下層之間良好的鋪放粘接質(zhì)量，基于前期鋪放工藝參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果，本文在進(jìn)行不同類型格柵筋條鋪放過程中采用相同的鋪放工藝參數(shù)：鋪放壓實(shí)力500 N、鋪放速率200 mm/min、預(yù)浸料表面加熱溫度30 ℃。

(a) 自動(dòng)鋪絲試驗(yàn)平臺(tái) (b) 格柵筋條尺寸示意圖圖2 復(fù)合材料格柵筋條自動(dòng)鋪絲成形Fig.2 Manufacture of grid stiffeners via AFP

為了研究非連續(xù)層含量和分布對格柵節(jié)點(diǎn)處纖維屈曲尺度的影響，設(shè)計(jì)了8種不同類型格柵筋條并采用如下命名方式：AGS-R-U/T/C/B。其中AGS(advanced grid stiffener)代表先進(jìn)格柵筋條；R為筋條節(jié)點(diǎn)處非連續(xù)層的含量；U、T、C、B分別代表非連續(xù)鋪層在格柵節(jié)點(diǎn)厚度方向的分布方式，U為均勻分布，T代表頂部區(qū)域集中分布，C代表中部區(qū)域集中分布，B代表底部區(qū)域集中分布。AGS-25-T代表非連續(xù)層在節(jié)點(diǎn)處鋪層的含量為25%且非連續(xù)鋪層集中分布于頂部區(qū)域內(nèi)的格柵筋條。不同類型格柵筋條節(jié)點(diǎn)厚度與橫截面形態(tài)見圖3。從圖3中可以看出，格柵筋條節(jié)點(diǎn)厚度Tint受非連續(xù)鋪層含量影響顯著，而集中式分布的非連續(xù)鋪層則會(huì)顯著改變格柵節(jié)點(diǎn)處纖維的細(xì)觀形態(tài)。

(a) 屈曲表征 (b) AGS-Baseline (c) AGS-12.5-U

2 非連續(xù)鋪層對格柵節(jié)點(diǎn)纖維形態(tài)的影響

2.1 格柵節(jié)點(diǎn)纖維形態(tài)表征與描述

為了簡化模型，通常將圖3a所示的波浪起伏式分布的面內(nèi)屈曲纖維近似為振幅為A、波長為L的正弦函數(shù)曲線[26-28]。纖維屈曲尺度可以利用最大振幅波長比λ=A/L和最大纖維偏轉(zhuǎn)角θ描述，振幅波長比越大，最大纖維偏轉(zhuǎn)角也就越大，纖維面外屈曲尺度也就越大。

2.2 非連續(xù)鋪層含量的影響

利用Leica DVM5000型光學(xué)顯微鏡對含不同非連續(xù)鋪層含量的格柵節(jié)點(diǎn)纖維形態(tài)進(jìn)行顯微觀察，結(jié)果如圖3b～圖3f所示。隨著格柵節(jié)點(diǎn)處引入的非連續(xù)鋪層增加，節(jié)點(diǎn)處材料堆積程度越小，纖維屈曲尺度也就越小。進(jìn)一步測量各筋條節(jié)點(diǎn)處面外屈曲纖維的最大振幅波長比λ、最大纖維偏轉(zhuǎn)角θ和振幅或節(jié)點(diǎn)-筋條厚度差A(yù)，結(jié)果如表1所示。

表1 非連續(xù)鋪層對節(jié)點(diǎn)纖維屈曲尺度的影響

顯然，節(jié)點(diǎn)纖維屈曲尺度與節(jié)點(diǎn)-筋條厚度差A(yù)顯著相關(guān)。隨著格柵節(jié)點(diǎn)處非連續(xù)鋪層含量的增加，節(jié)點(diǎn)-筋條厚度差迅速減小。非連續(xù)鋪層含量達(dá)到50%時(shí)，節(jié)點(diǎn)-筋條厚度差為零，纖維屈曲也被消除。格柵筋條-節(jié)點(diǎn)厚度差與纖維面外屈曲的最大振幅波長比之間的關(guān)系擬合式為

λ=0.0312A+0.0002

(1)

后續(xù)可以利用該公式對其他類型格柵節(jié)點(diǎn)處纖維面外屈曲尺度進(jìn)行預(yù)測。

2.3 非連續(xù)鋪層分布的影響

對比含相同含量、不同分布方式非連續(xù)鋪層的格柵節(jié)點(diǎn)截面顯微圖(圖3d、圖3h～圖3j)發(fā)現(xiàn)，格柵筋條中非連續(xù)鋪層含量一定，則節(jié)點(diǎn)最大纖維屈曲尺度不變,但非連續(xù)鋪層分布變化會(huì)引起節(jié)點(diǎn)處微觀疊層結(jié)構(gòu)的差異，必將引起格柵筋條在載荷作用下的力學(xué)行為。因此，需進(jìn)行實(shí)際性能測試，深入研究非連續(xù)鋪層對格柵力學(xué)行為的影響規(guī)律。

3 非連續(xù)鋪層對格柵筋條抗彎性能的影響

3.1 非連續(xù)鋪層含量的影響

參照GB/T 3356—2014，利用SANS CMT-5504型萬能試驗(yàn)機(jī)對上述不同類型格柵筋條進(jìn)行三點(diǎn)彎曲測試。其中，加載頭半徑5 mm，支座半徑3 mm，支座跨距80 mm。所得載荷位移曲線見圖4a。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，格柵筋條在彎曲失效過程中并沒有呈現(xiàn)復(fù)合材料的脆性突然失效行為，而是呈現(xiàn)了與金屬等韌性材料類似的偽韌性斷裂行為。偽韌性行為可以利用偽韌性位移進(jìn)行表征，即載荷位移曲線中極限載荷對應(yīng)位移到載荷下降率大于50%(判定試驗(yàn)結(jié)束)的對應(yīng)位移差，如圖4b所示。偽韌性位移越大，偽韌性行為越明顯。

(a) 含不同非連續(xù)鋪層含量的筋條彎曲載荷位移曲線

綜上所述，為全面研究非連續(xù)鋪層引入對格柵失效行為的影響，定義承載能力保持率RS和偽韌性位移占比RP。其中，承載能力保持率RS為剩余彎曲載荷FR和極限彎曲載荷FM的比值，而偽韌性位移占比則為極限彎曲載荷至完全失效過程中經(jīng)歷的偽韌性階段位移DP與完全失效位移DF之間的比值。承載能力保持率越大、偽韌性位移占比越高，偽韌性行為越明顯。

隨著非連續(xù)鋪層含量的不斷增加，筋條-節(jié)點(diǎn)厚度差逐漸減小，節(jié)點(diǎn)處纖維形態(tài)不斷改善，格柵筋條承載性能不斷提高；然而隨著非連續(xù)鋪層含量的進(jìn)一步增加，格柵筋條承力路徑中斷程度也不斷增加，性能開始下降。當(dāng)這兩種影響達(dá)到平衡時(shí)，格柵筋條的彎曲性能達(dá)到最大值。兩種影響的共同作用使格柵筋條極限彎曲載荷隨非連續(xù)鋪層含量的增加而先上升后下降，如圖5a所示。此外，非連續(xù)鋪層含量還對格柵筋條彎曲載荷作用下的偽韌性行為產(chǎn)生影響，如圖5b所示，在非連續(xù)鋪層在格柵節(jié)點(diǎn)厚度方向上均勻分布的前提下，當(dāng)非連續(xù)鋪層含量達(dá)到50%時(shí)，格柵筋條的承載能力保持率達(dá)到最大，而格柵筋條彎曲載荷作用下偽韌性行為則在非連續(xù)鋪層含量為25%時(shí)最為顯著。

(a) 對筋條極限彎曲載荷的影響

綜合非連續(xù)鋪層含量對筋條彎曲極限載荷、承載能力保持率和偽韌性行為顯著性的影響，當(dāng)非連續(xù)鋪層在筋條厚度方向均勻分布時(shí)，非連續(xù)鋪層含量為25%時(shí)最優(yōu)。

3.2 非連續(xù)鋪層分布的影響

在確定了最優(yōu)非連續(xù)鋪層含量的情況下，通過試驗(yàn)的方法進(jìn)一步研究非連續(xù)鋪層分布方式對格柵筋條抗彎能力的影響，結(jié)果如圖6所示。

(a) 對筋條極限彎曲載荷的影響

非連續(xù)鋪層分布方式顯著影響格柵筋條的彎曲承載能力。當(dāng)非連續(xù)鋪層呈底部集中分布(AGS-25-B)時(shí)，雖然實(shí)現(xiàn)了極限承載能力最大化，但其偽韌性行為可以忽略，呈現(xiàn)脆性行為；當(dāng)非連續(xù)鋪呈頂部集中分布(AGS-25-T)時(shí)，格柵筋條既可以獲得相當(dāng)?shù)臉O限承載能力，也可以獲得最為顯著的韌性行為，這種高韌性往往是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)特別是主承力結(jié)構(gòu)所追求的特性，可防止整個(gè)結(jié)構(gòu)突然失效，避免重大損失。

4 含非連續(xù)鋪層格柵筋條彎曲失效行為

4.1 有限元仿真模型的建立

以ABAQUS 2020為平臺(tái)，采用“ply to ply”建模方法，結(jié)合實(shí)際筋條幾何尺寸和測試條件，建立包含纖維屈曲和非連續(xù)鋪層的三維格柵筋條有限元仿真模型(圖7)。模型中，支撐端和加載壓頭視為剛體，支撐端施加固定約束，而加載壓頭施加10mm的下降位移。支撐端、加載壓頭與試樣接觸面定義為硬接觸，摩擦因數(shù)為0.3。鋪層單元類型為SC8R連續(xù)殼單元。鋪層間插入0厚度、網(wǎng)格類型為COH3D8的cohesive單元以表征試樣內(nèi)部分層起始與演化。

(a) 網(wǎng)格劃分

采用Hashin失效準(zhǔn)則[29]對復(fù)合材料的失效行為進(jìn)行預(yù)測。該失效準(zhǔn)則中，復(fù)合材料的失效模式包含纖維拉伸失效、纖維壓縮失效、樹脂拉伸失效和樹脂壓縮失效，各失效模式對應(yīng)的失效應(yīng)力計(jì)算公式如下：

纖維拉伸失效應(yīng)力

(2)

纖維壓縮失效應(yīng)力

(3)

基體拉伸失效應(yīng)力

(4)

基體壓縮失效應(yīng)力

(5)

式中，XT、XC分別為平行于纖維排布方向上的最終失效拉伸和壓縮應(yīng)力；YT、YC分別為垂直于纖維排布方向上的最終失效拉伸和壓縮應(yīng)力；SL、ST分別為纖維縱向和橫向的剪切失效應(yīng)力；α為剪切應(yīng)力對纖維拉伸行為的影響因子，此處取α=1[30-31]；σ11、σ22、τ12為各個(gè)方向上的應(yīng)力分量。

滿足上述任何一個(gè)失效條件，則判定材料失效。

選用層間拉伸分離定律和混合失效模式對層間失效的起始和擴(kuò)展進(jìn)行分析。拉伸分離后材料呈現(xiàn)雙線性特性直至拉伸剛度退化至0，分層損傷起始可以根據(jù)混合模式下的二次應(yīng)力準(zhǔn)則進(jìn)行判斷：

(6)

整個(gè)單元的失效則可以利用能量準(zhǔn)則進(jìn)行表征：

(7)

式中，Gn、Gs、Gt分別為所用材料的Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型斷裂能；GⅠC、GⅡC、GⅢC分別為對應(yīng)斷裂模式下的斷裂韌性/臨界斷裂能。

一旦層間應(yīng)力滿足式(6)，則層間內(nèi)聚單元性能開始退化直至自動(dòng)刪除。相關(guān)材料性能參數(shù)和層間性能參數(shù)詳見表2。

表2 EM118/A10型預(yù)浸料力學(xué)性能參數(shù)

4.2 非連續(xù)鋪層含量對格柵筋條彎曲失效行為的影響

仿真和試驗(yàn)所得筋條彎曲載荷位移曲線與極限彎曲載荷的對比如圖8所示。為了提高建模速度和后期計(jì)算效率，在進(jìn)行有限元建模時(shí)，將格柵筋條-節(jié)點(diǎn)過渡區(qū)內(nèi)實(shí)際呈曲線狀態(tài)的纖維進(jìn)行了直線化處理，同時(shí)忽略了橫向鋪層和縱向鋪層間的微小富樹脂區(qū)。上述原因造成了仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果之間的偏差，如圖8a所示。經(jīng)過深入對比可知(圖8b)，對不同類型的格柵筋條來說，仿真所得極限彎曲載荷與試驗(yàn)結(jié)果偏差均小于8%，證明了仿真模型的可靠性，相關(guān)筋條彎曲載荷作用下的失效行為可以采用該有限元模型進(jìn)行分析。

(a) 載荷位移曲線對比

利用所建立的仿真模型，對含不同非連續(xù)鋪層含量筋條彎曲載荷作用下的力學(xué)行為進(jìn)行研究，結(jié)果見圖9。對于不含非連續(xù)鋪層的筋條(圖9a)，在彎曲載荷作用下，筋條底部纖維率先在拉應(yīng)力作用下發(fā)生拉伸失效；隨著載荷的逐漸增加，節(jié)點(diǎn)處連續(xù)鋪層間發(fā)生分層損傷并發(fā)生橫向擴(kuò)展；與此同時(shí)，上表面鋪層壓縮應(yīng)力顯著增加，且纖維屈曲尺度越大，壓縮應(yīng)力越大，引起格柵結(jié)構(gòu)的壓縮失效；鋪層偏轉(zhuǎn)角度越大，層間剪切應(yīng)力也就越大，使得在較低載荷水平便會(huì)引起分層，極大程度上降低了格柵筋條的極限承載能力。因此，在格柵筋條的設(shè)計(jì)和制造過程中，應(yīng)盡可能地減小格柵筋條節(jié)點(diǎn)處纖維屈曲偏轉(zhuǎn)角或鋪層偏轉(zhuǎn)角，以保證最終結(jié)構(gòu)良好的性能。

(a) AGS-Baseline

當(dāng)格柵筋條節(jié)點(diǎn)處非連續(xù)鋪層占比達(dá)到25%時(shí)，筋條表現(xiàn)出更為顯著的彎曲韌性行為，格柵筋條可以維持其極限載荷85%的承載能力，且偽韌性位移占整個(gè)失效位移的53%(圖9b)。彎曲載荷作用下，格柵筋條頂部區(qū)域受壓，底部區(qū)域受拉。隨著彎曲載荷不斷地增加，頂部區(qū)域內(nèi)壓縮應(yīng)力顯著增加，引起了頂部區(qū)域內(nèi)分層失效和樹脂壓縮失效，導(dǎo)致載荷-位移曲線陡然下降；而分層后的非連續(xù)纖維在彎曲載荷的作用下產(chǎn)生滑移，并將彎曲載荷向下傳遞，載荷可以由尚未失效的區(qū)域繼續(xù)承擔(dān)；與此同時(shí)，分層沿格柵長度方向上不斷擴(kuò)展，非連續(xù)鋪層繼續(xù)滑移，維持一定的承載能力，從而表現(xiàn)出了韌性行為；當(dāng)承載區(qū)域內(nèi)部應(yīng)力超過失效應(yīng)力時(shí)，承載區(qū)域內(nèi)纖維或樹脂失效、裂紋迅速擴(kuò)展，導(dǎo)致承載區(qū)域部分或全部突然失效，表現(xiàn)為載荷位移曲線的陡降。其他含均勻分布的非連續(xù)鋪層格柵筋條也呈現(xiàn)了類似的失效行為。

非連續(xù)鋪層的引入不僅可以改善格柵筋條節(jié)點(diǎn)處纖維形態(tài)，提高格柵筋條的極限承載能力，同時(shí)，利用非連續(xù)鋪層和連續(xù)鋪層間的滑移[32]，也能夠?qū)崿F(xiàn)格柵筋條失效行為的改善，完成具有韌性失效行為的復(fù)合材料格柵筋條的制造。

4.3 非連續(xù)鋪層分布對格柵筋條彎曲失效行為的影響

如前所述，非連續(xù)鋪層分布雖然對格柵筋條內(nèi)部最大的纖維屈曲尺度無影響，但會(huì)在其內(nèi)部引入不同的微觀疊層結(jié)構(gòu)，從而影響格柵筋條的失效行為。同理，對比分析非連續(xù)鋪層分布方式不同時(shí)筋條的失效行為，結(jié)果如圖10所示。

(a) AGS-25-B

對于非連續(xù)鋪層底部集中分布的筋條(AGS-25-B，圖10a)，載荷增大，導(dǎo)致頂部區(qū)域在壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生分層和纖維壓縮失效，筋條承載能力下降，體現(xiàn)在載荷位移曲線上為斜率的變化。載荷繼續(xù)增大，底部區(qū)域集中的非連續(xù)鋪層和連續(xù)鋪層在壓應(yīng)力作用下發(fā)生滑移，從而導(dǎo)致大量分層產(chǎn)生，失效區(qū)域不斷向格柵筋條厚度方向的中間區(qū)域擴(kuò)展。當(dāng)拉伸應(yīng)力大于纖維拉伸失效的臨界應(yīng)力時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生貫穿性裂紋，導(dǎo)致試樣的突然失效，并沒有表現(xiàn)出韌性行為。

對于非連續(xù)鋪層呈頂部區(qū)域集中分布的筋條(AGS-25-T)，因非連續(xù)鋪層的存在，頂部區(qū)域內(nèi)連續(xù)鋪層的纖維屈曲尺度為定值，而其他區(qū)域內(nèi)連續(xù)鋪層中的纖維屈曲尺度則隨著鋪層高度的增大而顯著增加。在這種情況下，分層將在上述兩個(gè)區(qū)域間迅速產(chǎn)生，從而將格柵筋條分割為兩個(gè)子區(qū)域。其中頂部子區(qū)域由非連續(xù)鋪層、連續(xù)鋪層和橫向鋪層組成，而底部子區(qū)域則可以視為無非連續(xù)鋪層的格柵筋條。

隨著彎曲載荷的不斷增大，頂部子區(qū)域不斷被拉直，在此過程中，非連續(xù)鋪層與連續(xù)鋪層間的滑移推遲了區(qū)域內(nèi)纖維和基體的失效。與此同時(shí)，底部子區(qū)域在拉伸和壓縮應(yīng)力的作用下不斷失效，導(dǎo)致承載能力下降，形成了載荷位移曲線上的陡降。其他區(qū)域繼續(xù)承載、失效，且頂部區(qū)域內(nèi)非連續(xù)纖維和連續(xù)鋪層的滑移在格柵筋條中引入了偽韌性性行為，如圖10b所示。

上述結(jié)果表明，格柵筋條鋪絲成形過程中，利用鋪絲成形工藝特點(diǎn)，合理地引入非連續(xù)鋪層可以改善節(jié)點(diǎn)處纖維形態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)極限彎曲承載能力的提高。在此基礎(chǔ)上，通過合理的非連續(xù)鋪層分布設(shè)計(jì)，可以在格柵筋條中引入韌性行為。上述結(jié)果驗(yàn)證了鋪絲成形在復(fù)材格柵筋條制造上的先進(jìn)性。

5 結(jié)論

(1)本文基于自動(dòng)鋪絲成形特點(diǎn)，在格柵節(jié)點(diǎn)處通過夾持-剪斷-續(xù)鋪操作，引入合理含量和分布的非連續(xù)鋪層，實(shí)現(xiàn)了格柵節(jié)點(diǎn)纖維形態(tài)的顯著改善和彎曲性能的顯著提高。

(2)顯微觀察結(jié)果顯示，剪斷—夾持—續(xù)鋪引入的非連續(xù)層，可有效避免格柵節(jié)點(diǎn)處過多材料的堆積，改善纖維形態(tài)抑制纖維面外屈曲缺陷。

(3)與傳統(tǒng)格柵結(jié)構(gòu)相比，利用自動(dòng)鋪絲成形的格柵筋條可使極限抗彎載荷提高57.1%，且表現(xiàn)出明顯的偽韌性失效行為。

下一步將深入研究非連續(xù)層引入以及成形工藝對格柵筋條拉伸和壓縮性能的影響，為具有更高承載性能復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的良好成形提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)。